Engineering大讲堂：仿生机器人专题在线解读

随着机器人技术的快速发展，当今的机器人可实现在各种非结构化和动态的自然环境中运行。从大自然的生物中汲取灵感，不断革新机器人的设计与控制方法，是当前研究智能自主机器人的一个重要方向。通过模仿生物，机器人可以实现仿生感知、思考、行走、游泳、爬行或飞行等，大幅提升机器人对复杂应用场景的适应性。为了介绍现阶段智能仿生机器人在通过运动协调和感知学习来引领机构和控制方面的创新工作， Engineering 期刊特邀请仿生机器人研究领域的专家进行在线报告，并解读最新研究成果。

2022年6月22日19:30–21:00

韦学勇  

西安交通大学  教授

Engineering  机械与运载学科  执行主编

个人简介： Dr. Zhendong Dai, Professor, director and founder of the Institute of Bio-inspired Structure and Surface Engineering (IBSS) at Nanjing University of Aeronautics and Astronautics (NUAA), fellow of International Society of Bionic Engineering. His research interesting include tribo-irreversible thermodynamics, biomimetic on gecko locomotion, bio-inspired lightweight structure, brain stimulation of animal moving. He set up research methods and developed facilities to reveal the role of behavior and measure the reaction forces of gecko locomotion, design the micro-structures of adhesive pads and developed the manufacture system, designed gecko mimicking robots for on-orbit applications and confined space inspection. He has published more than 400 papers and patented over 60 inventions. He founded Industry Institute of Bionic Technology, and transferred several technology into products, including 6 dimensional force sensors and force-feed back controlling technology, adhesive materials and soft adaptive robot hands, wall-cleaning robots.

报告摘要： Geckos have been studied for many years for their excellent moving abilities on various substrates, including any inclines, even ceilings, and various rough surfaces. Here we report our studies on the gecko adhesive mechanism, attaching and detaching dynamics, locomotion behaviors on anti-adhesive substrate and confined space, bio-inspired adhesive materials and gecko-inspired robot for micro-gravity condition. We have obtained following results: (1) The contact/tribo-electrification is a mechanism more than Van der Waals force for gecko adhesion, we designed an experiment and measured the results showed the evidence of influence of contact/tribo-electrification on adhesion. (2) Gecko smartly uses technique of adducting and abducting to make attachment and detachment, this behavior inspired us to design a new pad for gecko-mimicking robot, instead of peeling from substrate. (3) Geckos developed positive and active synergy methods to overcome the difficult to move on anti-adhesive substrate. (4) We have developed bio-inspired adhesive materials and tested they performance for gecko mimicking robot. (5) Then we developed gecko-inspired soft adaptive robot hand and robot for several possible applications.

个人简介： 石青，北京理工大学智能机器人研究所副所长、教授，国家优秀青年科学基金获得者，北京市科技新星。在日本早稻田大学工学博士学位，并从事博士后研究，2014年至2015年兼任日本名古屋大学特别研究员。主要从事仿生机器人、生机电融合研究，研制了国际先进的微小型仿生机器鼠平台。主持国家重点研发计划国际合作专项、国家自然科学基金联合基金重点项目等10余项；以第一/通讯作者在 IEEE Trans. Robotics 、 Engineering 等顶级期刊发表论文近40篇，出版学术专著1部；以第一发明人申请国家发明专利30余项、美国及日本等国际发明专利6项，已授权20余项。获国际期刊 Advanced Robotics 2015年度最佳论文奖，2021 IEEE ICRA（机器人领域Top1国际会议）、2019 IEEE AIM等国际会议优秀论文奖7项。担任国际期刊 IEEE Trans. Robotics 、 IEEE Trans. Medical Robotics & Bionics 编委。指导学生科技竞赛获第十七届“挑战杯”全国大学生课外科技作品特等奖、第二届中国研究生机器人创新设计大赛一等奖等。

报告摘要： 鼠类兼具体型小巧、运动灵活、行为复杂等特性。同时，实验鼠是动物行为、神经科学等生物医学最主要的实验对象。为此，我们研制出了智能仿生机器鼠，用于提高动物行为交互过程中的可控性与再现性。本报告围绕机器鼠的仿生运动生成与评估、仿生行为构建与评估、仿生交互控制进行介绍，包括：（1）基于实验鼠的运动建模，确定主要运动基元，对机器鼠的运动进行参数化建模与评估；（2）基于运动基元的组合与行为映射，建立机器鼠仿生行为的隐马尔可夫模型（hidden Markov model, HMM）模型；（3）分析实验鼠的交互机制，进行机–鼠交互模拟与初步测试。

个人简介： 申亚京，香港城市大学生物医学工程系副教授，主要从事微型机器人领域相关研究。在Science Robotics 、 PNAS 、 Nature Communications 等期刊发表学术文章100余篇。现为IEEE高级会员、 IEEE Trans on Robotics 副编辑、多个国际期刊编辑和审稿人，参与组织了多个机器人领域国际会议。曾获机器人界顶级国际会议IEEE ICRA最佳操作机器人论文奖；IEEE机器人与自动化学会日本区杰出青年奖；香港杰出青年学者奖（2014）；Big-on-Small奖（2018）；NSFC优秀青年基金资助（港澳）（2019）等。

报告摘要： 围绕面向生物医学应用的微型机器人研发问题，介绍“微型机器人的仿生设计方法”“可控体内靶向送药”“仿生智能感知”等方面的研究及心得。

个人简介： 王宇，博士，副研究员，国家自然科学基金优秀青年科学基金获得者。主要从事水下仿生机器人、水下移动作业机器人等方面的科研工作。目前担任中国科学院青促会信管分会副会长、中国科学院自动化所青促会小组副组长。在 IEEE-ASME Trans. Mechatronics 、 IEEE Trans. Ind. Electron. 、 IEEE Trans. Control Syst. Technol. 等机器人和控制技术领域高水平国际期刊上发表（含接收）学术论文60余篇。主持重点研发计划课题、中国科学院青促会会员人才项目、国家自然科学基金面上和青年项目等。获得2019年中国自动化学会技术发明一等奖、2019年中国自动化学会科普奖、2018年水下机器人目标抓取大赛在线识别组一等奖等。

报告摘要： 水下机器人在水下捕捞、水下应急处理、水下救援、危险作业、设备维护、目标排查、文物考查、水下打捞等应用领域发挥了重要作用，具有良好的实用价值和应用前景。但实际应用也显示出传统水下机器人-作业臂系统（UVMS）的操控性、机动性、智能性、自主性、多机器人协作以及作业精度方面与应用需求还存在差距，其系统设计、控制等方面还面临许多亟待解决的难题。由于水下仿动物推进模式具有高速、稳定、高效、高机动性、适应复杂湍流等特点，因此，相比于螺旋桨推进的潜器平台，综合水下仿动物推进模式的优点而设计的新型潜器平台将为解决UVMS系统的悬停、水动力干扰等难题提供新的研究思路、方案和路线。汇报人长期从事水下仿生机器人的研究工作，本次报告将围绕水下目标的精准作业控制问题，具体介绍水下机器人的仿生设计、自主环境感知、运动控制和抓取作业控制等方面研究工作。